النمذجة الرياضية للأنماط اليومية الناتجة عن درجة الحرارة

يساهم المنظم المركزي للساعة البيولوجية في النوى فوق الصليبية (SCN) في توافق المرحلة والفترة للأداء الجزيئي المستقل في الخلايا المحيطية مع دورات الضوء/الظلام اليومية من خلال إشارات فسيولوجية وعصبية وهرمونية واستقلابية. من بين عوامل التوافق المختلفة، تم اقتراح توافق درجة الحرارة كبديل أساسي لتحفيز والحفاظ على النظم اليومية في المختبر. على الرغم من أن الآليات المستخدمة في تزامن الهرمونات مثل الجلوكوكورتيكويدات قد تم دراستها على نطاق واسع، إلا أن القليل معروف عن الدور الحاسم لدرجة حرارة الجسم كإشارة نظامية. في هذا العمل، نقوم بتطوير نموذج رياضي شبه آلي يصف توافق الساعات المحيطية مع أنماط درجة الحرارة. يتضمن النموذج سلسلة من الانجذاب الحسي لدرجة الحرارة تحتوي على عامل نسخ الصدمة الحرارية-1 (HSF1) ومسار استجابة الصدمة الحرارية (HSR) لمحاكاة توافق جينات الساعة. يتم استخدام النموذج لاستكشاف توافق درجات الحرارة في الثدييات وتزامن الخلايا المعرضة لتذبذبات درجة الحرارة بأحجام مختلطة وفحص التأثيرات الناتجة عن الانتقال بين جداول الحرارة. تكشف تحليلاتنا الحاسوبية لاستجابات النظام الديناميكية أن 1) تتزامن الخلايا الفردية تدريجياً مع الإشارة الحرارية من خلال إعادة ضبط مراحلها الداخلية لتحقيق ديناميات مترابطة بينما يتم إلغاء التذبذبات في حالة عدم وجود إيقاع حراري؛ 2) تؤثر التغيرات في السعة والفترة لتذبذبات درجات الحرارة على سلوك التزامن المحيطي؛ 3) تتيح استراتيجيات التزامن الشخصية استجابات تكيفية مختلفة لإيقاعات درجات الحرارة. تظهر نتائجنا أن درجة الحرارة يمكن أن تكون عامل جذب قوي للإيقاعات اليومية. لذلك، يمكن أن تكون الأنظمة المخبرية التي تخضع لتعديل درجة الحرارة أداة محتملة لدراسة تعديلات أو اضطرابات الإيقاعات اليومية.